JP7119689B2 - Manufacturing method of insulated circuit board with heat sink and insulated circuit board with heat sink - Google Patents

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Description

本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板等の絶縁回路基板にヒートシンクが接合されたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法及びヒートシンク付き絶縁回路基板に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an insulating circuit board with a heat sink, in which a heat sink is bonded to an insulating circuit board such as a power module board used in a semiconductor device that controls large currents and high voltages, and an insulating circuit board with a heat sink.

ヒートシンク付き絶縁回路基板として、窒化アルミニウムを始めとするセラミックス基板からなる絶縁層の一方の面に回路層が接合されるとともに、他方の面にアルミニウム板を介してアルミニウム系のヒートシンクが接合されたヒートシンク付きパワーモジュール用基板が知られている。
例えば、特許文献1に開示されているヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、セラミックス基板の一方の面に回路層が接合されるとともに、セラミックス基板の他方の面に放熱層を介してヒートシンクが接合されてなり、ヒートシンクの天板部には、絶縁回路基板が収容される収容凹部が形成されている。
As an insulating circuit board with a heat sink, a heat sink in which a circuit layer is bonded to one side of an insulating layer made of a ceramic substrate such as aluminum nitride, and an aluminum-based heat sink is bonded to the other side via an aluminum plate. is known.
For example, in a power module substrate with a heat sink disclosed in Patent Document 1, a circuit layer is bonded to one surface of a ceramic substrate, and a heat sink is bonded to the other surface of the ceramic substrate via a heat dissipation layer. The top plate portion of the heat sink is formed with a housing recess for housing the insulated circuit board.

特開2016-181549号公報JP 2016-181549 A

ところで、上記特許文献1に開示されているヒートシンク付きパワーモジュール用基板のヒートシンクの底面に、パワーモジュール用基板の冷却効率を向上させるため、複数のフィンを設けることが考えられる。この場合、ヒートシンクの製造過程において、該ヒートシンクの中央部分に形成されるフィンの高さがその周囲に形成されるフィンの高さよりも小さくなる場合がある。このような複数のフィンの高さが異なるヒートシンクにパワーモジュール用基板を接合した場合、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との接合率が低下する。
この接合率の低下を抑制するため、例えばグラファイトシートのようなクッション材を複数のフィンに当接させた状態でこれらを積層方向に押圧することが考えられるが、クッション材により面荷重の均一化を図ることができるものの、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との接合率を十分向上させることができない。
By the way, it is conceivable to provide a plurality of fins on the bottom surface of the heat sink of the power module substrate with a heat sink disclosed in Patent Document 1 in order to improve the cooling efficiency of the power module substrate. In this case, in the manufacturing process of the heat sink, the height of the fins formed in the central portion of the heat sink may be smaller than the height of the fins formed around it. When a power module substrate is bonded to such a heat sink having fins with different heights, the bonding rate between the heat sink and the power module substrate decreases.
In order to suppress the decrease in the bonding rate, it is conceivable to press a plurality of fins with a cushion material such as a graphite sheet in contact with the fins and press them in the stacking direction. However, the bonding rate between the heat sink and the power module substrate cannot be sufficiently improved.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ヒートシンクと絶縁回路基板との接合率を向上できるヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法及びヒートシンク付き絶縁回路基板を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink and an insulated circuit board with a heat sink that can improve the bonding rate between the heat sink and the insulated circuit board. .

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面に回路層が形成され、前記セラミックス基板の他方の面に金属層が形成された絶縁回路基板と、前記金属層の前記セラミックス基板とは反対側の面に配置され、一方の面に複数のフィンを有するヒートシンクとを備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、前記ヒートシンクの他方の面と前記金属層とを接合するヒートシンク接合工程を備え、前記ヒートシンクは、前記フィンの高さが大きい第1領域と、該第1領域よりも前記フィンの高さが小さい第2領域と、を有しており、前記ヒートシンク接合工程では、前記第1領域における前記フィンの先端にグラファイトシートを当接させ、かつ前記第2領域における前記フィンの先端に前記グラファイトシートよりも少なくとも表面の高さが大きいカーボンフェルトを当接させた状態で、前記絶縁回路基板及び前記ヒートシンクを押圧する。 A method for manufacturing an insulating circuit board with a heat sink according to the present invention comprises: an insulating circuit board having a circuit layer formed on one surface of a ceramic substrate and a metal layer formed on the other surface of the ceramic substrate; A method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink, which is arranged on a surface opposite to a ceramic substrate and has a plurality of fins on one surface, wherein the other surface of the heat sink and the metal layer are bonded together. a heat sink bonding step for bonding, wherein the heat sink has a first region in which the height of the fins is large and a second region in which the height of the fins is smaller than that of the first region; In the joining step, the tip of the fin in the first region is brought into contact with a graphite sheet, and the tip of the fin in the second region is brought into contact with carbon felt having a surface height at least greater than that of the graphite sheet. In this state, the insulating circuit board and the heat sink are pressed.

ここで、フィンの高さが大きい第1領域と、該第1領域よりも前記フィンの高さが小さい第2領域とを備えるヒートシンクの各フィンを1枚のグラファイトシートで押圧すると、該グラファイトシートが第2領域の各フィンに当接しないか、若しくは当接しても押圧力が弱くなる。このため、ヒートシンクの第2領域に対応する部分と絶縁回路基板との接合率が低下する。
これに対し、本発明の製造方法によれば、絶縁回路基板の金属層とヒートシンクとを接合する際に、第1領域におけるフィンの先端にグラファイトシートを当接させ、第2領域におけるフィンの先端にグラファイトシートよりも高さが大きくかつクッション性が高いカーボンフェルトを当接させた状態で、絶縁回路基板及びヒートシンクを押圧するので、第1領域及び第2領域に均等に押圧力を作用させることができ、絶縁回路基板の金属層とヒートシンクとを確実に接合して、これらの接合率を向上できる。
Here, when each fin of a heat sink comprising a first region having a large fin height and a second region having a smaller fin height than the first region is pressed with one graphite sheet, the graphite sheet does not come into contact with the fins of the second region, or even if it comes into contact with the fins, the pressing force becomes weaker. Therefore, the bonding rate between the portion of the heat sink corresponding to the second region and the insulating circuit board is reduced.
In contrast, according to the manufacturing method of the present invention, when joining the metal layer of the insulated circuit board and the heat sink, the graphite sheet is brought into contact with the tips of the fins in the first region, and the tips of the fins in the second region are brought into contact with each other. Since the insulated circuit board and the heat sink are pressed while the carbon felt, which is taller than the graphite sheet and has high cushioning properties, is in contact with the graphite sheet, the pressing force can be applied evenly to the first region and the second region. It is possible to reliably bond the metal layer of the insulated circuit board and the heat sink and improve the bonding rate.

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法の好ましい態様としては、前記第2領域は、前記一方の面の中央部に位置し、前記第1領域は、前記一方の面の外周部に位置しているとよい。
ここで、複数のフィンを有するヒートシンクを鍛造により製造すると、その際の材料の流れにより中央部に材料がいき渡りにくいため、中央部のフィンの高さが外周部のフィンの高さより小さくなる傾向にある。すなわち、ヒートシンクにおける複数のフィンが形成される一方の面における中央部に第2領域が位置し、外周部に第1領域が位置することとなる。
上記態様では、外周部にグラファイトシートを配置し、中央部にカーボンフェルトを配置するだけで、絶縁回路基板の金属層とヒートシンクとをより確実に接合できる。
As a preferred aspect of the method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink according to the present invention, the second region is located in the central portion of the one surface, and the first region is located in the outer peripheral portion of the one surface. I hope you are.
Here, when a heat sink having a plurality of fins is manufactured by forging, it is difficult for the material to spread to the central portion due to the flow of material at that time, so the height of the fins in the central portion tends to be smaller than the height of the fins in the outer peripheral portion. It is in. That is, the second area is located in the central portion of one surface of the heat sink on which the plurality of fins are formed, and the first area is located in the outer peripheral portion.
In the above aspect, the metal layer of the insulated circuit board and the heat sink can be more reliably bonded simply by arranging the graphite sheet on the outer peripheral portion and the carbon felt on the central portion.

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法の好ましい態様としては、前記グラファイトシートにおける前記第2領域に対応する位置が切り欠かれており、切欠き部に前記カーボンフェルトが嵌め込まれているとよい。
上記態様では、第1領域をグラファイトシートのみで押圧し、かつ、第2領域をカーボンフェルトのみで押圧できるので、絶縁回路基板の金属層とヒートシンクとをさらに確実に接合できる。
In a preferred embodiment of the method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink according to the present invention, a notch is formed in the graphite sheet at a position corresponding to the second region, and the carbon felt is fitted into the notch. .
In the above aspect, since the first region can be pressed only by the graphite sheet and the second region can be pressed only by the carbon felt, the metal layer of the insulating circuit board and the heat sink can be more reliably bonded.

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法の好ましい態様としては、前記グラファイトシート上に前記カーボンフェルトが重ねて設けられているとよい。
上記態様では、グラファイトシートにカーボンフェルトを嵌め込むための切欠き部を形成する必要がないことから、グラファイトシートの構成を簡略化できる。
In a preferred embodiment of the method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink according to the present invention, the carbon felt is provided on the graphite sheet.
In the above aspect, since it is not necessary to form a notch for fitting the carbon felt in the graphite sheet, the configuration of the graphite sheet can be simplified.

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法の好ましい態様としては、前記ヒートシンク接合工程は、前記セラミックス基板に前記回路層及び前記金属層が接合された前記絶縁回路基板を前記ヒートシンクに接合するとよい。
ここで、回路層、セラミックス基板、金属層、ヒートシンクをこの順で重ね合わせた積層体を積層方向に加圧してこれらを接合する場合、接合部位が多いので接合位置がずれる可能性がある。
これに対し、上記態様では、セラミックス基板に回路層及び金属層が接合された絶縁回路基板にヒートシンクを接合するだけで、ヒートシンク付き絶縁回路基板を製造できるので、これらの接合位置がずれることを抑制でき、ヒートシンク付き絶縁回路基板の信頼性を高めることができる。
As a preferred aspect of the method for manufacturing an insulated circuit board with a heatsink of the present invention, the heatsink bonding step may bond the insulated circuit board, in which the circuit layer and the metal layer are bonded to the ceramics substrate, to the heatsink.
Here, when a laminate obtained by laminating a circuit layer, a ceramic substrate, a metal layer, and a heat sink in this order is pressed in the lamination direction to bond them, there are many bonding sites, so bonding positions may shift.
On the other hand, in the above-described aspect, the insulated circuit board with the heat sink can be manufactured only by joining the heat sink to the insulated circuit board in which the circuit layer and the metal layer are joined to the ceramic substrate. It is possible to improve the reliability of the insulated circuit board with the heat sink.

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法の好ましい態様としては、前記グラファイトシートの表面に対して前記カーボンフェルトの高さが0.05mm以上1.0mm以下大きいとよい。 In a preferred embodiment of the method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink of the present invention, the height of the carbon felt is 0.05 mm or more and 1.0 mm or less greater than the surface of the graphite sheet.

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板は、セラミックス基板の一方の面に回路層が形成され、前記セラミックス基板の他方の面に金属層が形成された絶縁回路基板と、前記金属層の前記セラミックス基板とは反対側の面に配置され、一方の面に複数のフィンを有するヒートシンクとを備えたヒートシンク付き絶縁回路基板であって、前記ヒートシンクの他方の面側に接合部を介して前記絶縁回路基板が配置されており、前記ヒートシンクは、前記フィンの高さが大きい第1領域と、該第1領域よりも前記フィンの高さが小さい第2領域とを備え、前記絶縁回路基板と前記ヒートシンクとの接合率が95%以上、前記回路層の面積をAとし、前記回路層の反り量をZとし、前記回路層の接合面側に凹状の変形を正の反り量とした場合に、AとZの比率Z/Aが0μm/cm以上10μm/cm以下の範囲内である。
このヒートシンク付き絶縁回路基板は、絶縁回路基板とヒートシンクとの接合率が95%以上、回路層の反り量Z/回路層の面積Aが0μm/cm以上10μm/cm以下の範囲内であるので、ヒートシンク付き絶縁回路基板の回路層上にチップなどの電子部品を固定する際のはんだ付け時におけるボイドの発生等を抑制できる。
An insulating circuit board with a heat sink of the present invention comprises: an insulating circuit board having a circuit layer formed on one surface of a ceramic substrate and a metal layer formed on the other surface of the ceramic substrate; and the ceramic substrate having the metal layer. is arranged on the opposite surface, and has a heat sink having a plurality of fins on one surface, wherein the insulating circuit substrate is provided on the other surface side of the heat sink via a joint portion. and the heat sink includes a first region in which the height of the fins is large and a second region in which the height of the fins is smaller than that of the first region. When the bonding rate is 95% or more, the area of the circuit layer is A, the warp amount of the circuit layer is Z, and the concave deformation on the bonding surface side of the circuit layer is a positive warp amount, A and Z ratio Z/A is in the range of 0 μm/cm 2 or more and 10 μm/cm 2 or less.
In this insulating circuit board with a heat sink, the bonding ratio between the insulating circuit board and the heat sink is 95% or more, and the warpage amount Z of the circuit layer/the area A of the circuit layer is in the range of 0 μm/cm 2 or more and 10 μm/cm 2 or less. Therefore, it is possible to suppress the generation of voids and the like during soldering when electronic components such as chips are fixed onto the circuit layer of the insulated circuit board with a heat sink.

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の好ましい態様としては、前記回路層は、前記セラミックス基板に形成された純アルミニウムからなる第1回路層と、前記第1回路層の上面に形成されたアルミニウム合金からなる第2回路層と、を備え、前記金属層は、純アルミニウムで構成され、前記ヒートシンクは、アルミニウム合金で構成されているとよい。
上記態様では、セラミックス基板の両面に形成される第1回路層及び金属層を純アルミニウムにより構成し、ヒートシンクと第2回路層とをアルミニウム合金により構成することで、セラミックス基板の両側の構成材間をバランスさせることができ、反りを軽減できる。
In a preferred embodiment of the insulated circuit board with a heat sink of the present invention, the circuit layer comprises a first circuit layer made of pure aluminum formed on the ceramic substrate and an aluminum alloy formed on the upper surface of the first circuit layer. and a second circuit layer comprising: the metal layer made of pure aluminum; and the heat sink made of an aluminum alloy.
In the above aspect, the first circuit layer and the metal layer formed on both sides of the ceramic substrate are made of pure aluminum, and the heat sink and the second circuit layer are made of an aluminum alloy. can be balanced and warpage can be reduced.

本発明によれば、ヒートシンクと絶縁回路基板との接合率を向上できる。 According to the present invention, the bonding rate between the heat sink and the insulated circuit board can be improved.

本発明の一実施形態に係るヒートシンク付き絶縁回路基板を用いたパワーモジュールを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a power module using an insulated circuit board with a heat sink according to one embodiment of the present invention; FIG. 上記実施形態におけるヒートシンク付き絶縁回路基板の平面図である。FIG. 2 is a plan view of an insulating circuit board with a heat sink according to the embodiment; 図1に示すヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を説明する断面図であり、(a)が絶縁回路基板とヒートシンクとの接合前、(b)が接合後の状態を示す。1. It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the insulated circuit board with a heat sink shown in FIG. 1, (a) shows the state before joining an insulated circuit board and a heat sink, (b) shows the state after joining. 上記実施形態の変形例に係るヒートシンク付き絶縁回路基板を接合する際に用いられる支持板を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a support plate used when joining the insulated circuit board with a heat sink according to the modified example of the embodiment;

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
[ヒートシンク付き絶縁回路基板の概略構成]
本発明に係るヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法により製造されるヒートシンク付き絶縁回路基板1は、図1に示すように、絶縁回路基板10に、複数のフィンが立設されたフィン一体型のヒートシンク20が接合されたものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Schematic Configuration of Insulated Circuit Board with Heat Sink]
As shown in FIG. 1, an insulating circuit board 1 with a heat sink manufactured by the method for manufacturing an insulating circuit board with a heat sink according to the present invention is a fin-integrated heat sink in which a plurality of fins are erected on an insulating circuit board 10. 20 are joined together.

絶縁回路基板10は、図1に示すように、いわゆるパワーモジュール用基板であり、絶縁回路基板10の表面には、図1の二点鎖線で示すように、素子30が搭載されパワーモジュール100となる。この素子30は、半導体を備えた電子部品であり、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、FWD(Free Wheeling Diode)等の種々の半導体素子が選択される。この場合、素子30は、図示を省略するが、上部に上部電極部が設けられ、下部に下部電極部が設けられており、下部電極部が回路層12の上面にはんだ31等により接合されることで、素子30が回路層12の上面に搭載される。また、素子30の上部電極部は、はんだ等で接合されたリードフレーム等を介して回路層12の回路電極部等に接続され、パワーモジュール100が製造される。 The insulating circuit board 10 is a so-called power module board, as shown in FIG. Become. The element 30 is an electronic component including a semiconductor, and various semiconductor elements such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and an FWD (Free Wheeling Diode) are selected. In this case, although illustration is omitted, the element 30 is provided with an upper electrode part on the upper part and a lower electrode part on the lower part, and the lower electrode part is joined to the upper surface of the circuit layer 12 by solder 31 or the like. Thus, the element 30 is mounted on the top surface of the circuit layer 12 . Further, the upper electrode portion of the element 30 is connected to the circuit electrode portion of the circuit layer 12 through a lead frame or the like joined by solder or the like, and the power module 100 is manufactured.

[絶縁回路基板の構成]
絶縁回路基板10は、セラミックス基板11と、セラミックス基板11の一方の面に形成された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面に形成された金属層13とを備える。
セラミックス基板11は、回路層12と金属層13の間の電気的接続を防止する絶縁材であって、例えば窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si)、アルミナ(Al)等により形成され、その板厚は0.2mm~1.2mmである。
[Configuration of insulation circuit board]
The insulating circuit board 10 includes a ceramic substrate 11 , a circuit layer 12 formed on one surface of the ceramic substrate 11 , and a metal layer 13 formed on the other surface of the ceramic substrate 11 .
The ceramic substrate 11 is an insulating material that prevents electrical connection between the circuit layer 12 and the metal layer 13, and is made of, for example, aluminum nitride (AlN), silicon nitride ( Si3N4 ), alumina ( Al2O3 ). etc., and its thickness is 0.2 mm to 1.2 mm.

回路層12は、回路パターンにより分断された複数の小回路層からなり、セラミックス基板11に接合される第1回路層121と、第1回路層121の上面に接合される第2回路層122とを備えている。このような回路層12の面積Aは、例えば、49cmに設定されている。
これらのうち第1回路層121は、純度99質量%以上の純アルミニウムが用いられ、JIS規格では1000番台の純アルミニウム、特に1N90(純度99.9質量%以上:いわゆる3Nアルミニウム)又は1N99(純度99.99質量%以上:いわゆる4Nアルミニウム)を用いることができる。
金属層13は、純度99質量%以上の純アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、JIS規格では1000番台のアルミニウム、特に1N99(純度99.99質量%以上:いわゆる4Nアルミニウム)を用いることができる。
The circuit layer 12 is composed of a plurality of small circuit layers separated by circuit patterns, and includes a first circuit layer 121 bonded to the ceramic substrate 11 and a second circuit layer 122 bonded to the upper surface of the first circuit layer 121. It has The area A of such a circuit layer 12 is set to 49 cm 2 , for example.
Of these, the first circuit layer 121 is made of pure aluminum with a purity of 99% by mass or more, and according to the JIS standard, pure aluminum in the 1000s, especially 1N90 (purity of 99.9% by mass or more: so-called 3N aluminum) or 1N99 (purity 99.99% by mass or more: so-called 4N aluminum) can be used.
The metal layer 13 is made of pure aluminum or an aluminum alloy with a purity of 99% by mass or more, and JIS standard 1000 aluminum, particularly 1N99 (purity of 99.99% by mass or more: so-called 4N aluminum) can be used.

本実施形態においては、第1回路層121及び金属層13は、純度が99.99%以上の純アルミニウム(いわゆる4Nアルミニウム)の圧延板からなるアルミニウム板とされ、その厚さは0.4mm~1.6mmに設定されており、第1回路層121の厚さ寸法と金属層13の厚さ寸法とが同一に設定されている。
一方、第2回路層122は、A6063系等のアルミニウム合金が用いられており、その厚さは0.5mm~1.5mmに設定されており、後述するヒートシンク20の中央部の厚さ寸法と同一の厚さ寸法に設定されている。
そして、これら回路層12及び金属層13は、第1回路層121、第2回路層122、セラミックス基板11、及び金属層13の順に、例えば、Al-Si系やAl-Si-Mg系のろう材を介して積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより接合される。
In the present embodiment, the first circuit layer 121 and the metal layer 13 are aluminum plates made of rolled plates of pure aluminum (so-called 4N aluminum) with a purity of 99.99% or more, and the thickness thereof is 0.4 mm to 0.4 mm. The thickness is set to 1.6 mm, and the thickness dimension of the first circuit layer 121 and the thickness dimension of the metal layer 13 are set to be the same.
On the other hand, the second circuit layer 122 is made of an aluminum alloy such as A6063 series, and its thickness is set to 0.5 mm to 1.5 mm. They are set to the same thickness dimension.
The circuit layer 12 and the metal layer 13 are formed by, for example, Al—Si-based or Al—Si—Mg-based wax in the order of the first circuit layer 121, the second circuit layer 122, the ceramics substrate 11, and the metal layer 13. They are joined by stacking them with materials interposed therebetween and applying pressure in the stacking direction and heating them.

[ヒートシンクの構成]
この絶縁回路基板10に接合されるヒートシンク20は、A6063系等のアルミニウム合金を鍛造により成形することにより形成される。そして、金属層13に接合されるヒートシンクの中央部に、絶縁回路基板10の少なくとも一部が収容される収容凹部21が形成され、収容凹部21の外周側に厚肉部分が残されることにより周壁部23が形成されている。この収容凹部21の底面22に絶縁回路基板10の金属層13が、Al-Si-Mg系のろう材を介して積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより絶縁回路基板10にヒートシンク20が接合される。
[Heat sink configuration]
The heat sink 20 joined to the insulating circuit board 10 is formed by forging an aluminum alloy such as A6063 series. A housing recess 21 for housing at least a portion of the insulating circuit board 10 is formed in the central portion of the heat sink bonded to the metal layer 13, and a thick portion is left on the outer peripheral side of the housing recess 21 to form a peripheral wall. A portion 23 is formed. The metal layer 13 of the insulating circuit board 10 is laminated on the bottom surface 22 of the housing recess 21 via an Al-Si-Mg-based brazing material. A heat sink 20 is bonded.

また、ヒートシンク20は、収容凹部21の厚み寸法(収容凹部21の底面22の厚み寸法)が周壁部23の厚み寸法よりも薄く形成されている。例えば、ヒートシンク20がA6063系アルミニウム合金からなる総厚2.1mm~6.8mmの板材により形成され、周壁部23の厚み寸法が2.1mm~6.8mm、収容凹部21の底面22の厚み寸法が0.5mm~1.5mmに設定されている。 In the heat sink 20 , the thickness dimension of the accommodation recess 21 (thickness dimension of the bottom surface 22 of the accommodation recess 21 ) is formed thinner than the thickness dimension of the peripheral wall portion 23 . For example, the heat sink 20 is formed of a plate material made of an A6063 series aluminum alloy with a total thickness of 2.1 mm to 6.8 mm, the thickness dimension of the peripheral wall portion 23 is 2.1 mm to 6.8 mm, and the thickness dimension of the bottom surface 22 of the accommodation recess 21 is is set between 0.5 mm and 1.5 mm.

このヒートシンク20の収容凹部21における底面22の反対側の面22bには、複数のピン状フィン25が立設されている。このため、図2及び図3に示すように、ピン状フィン25の高さが大きい第1領域Ar1と、第1領域Ar1よりもピン状フィン25の高さが小さい第2領域Ar2とを備えている。具体的には、ヒートシンク20が鍛造により成形されることから、その材料の流動により、図2に示すように、上記面22bの外周部にピン状フィン25の高さが大きい第1領域Ar1が配置され、中央部にピン状フィン25の高さが小さい第2領域Ar2が配置されることとなる。これら第1領域Ar1におけるピン状フィン25の高さは、0.5~10mmであり、第2領域Ar2におけるピン状フィン25の高さは、0.4925~9.975mmであり、その高さ差は、25~75μm程度である。
なお、ヒートシンク20に立設されるフィンの形状は特に限定されるものではなく、本実施形態のようなピン状フィン25の他、ひし形フィンや帯板状のフィン等を形成することもできる。
A plurality of pin-shaped fins 25 are erected on a surface 22 b of the housing recess 21 of the heat sink 20 opposite to the bottom surface 22 . Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, a first region Ar1 in which the height of the pin-shaped fins 25 is large and a second region Ar2 in which the height of the pin-shaped fins 25 is smaller than that of the first region Ar1 are provided. ing. Specifically, since the heat sink 20 is formed by forging, as shown in FIG. A second region Ar2 in which the height of the pin-shaped fins 25 is small is arranged in the central portion. The height of the pin-shaped fins 25 in the first region Ar1 is 0.5 to 10 mm, and the height of the pin-shaped fins 25 in the second region Ar2 is 0.4925 to 9.975 mm. The difference is about 25-75 μm.
The shape of the fins erected on the heat sink 20 is not particularly limited, and in addition to the pin-shaped fins 25 as in the present embodiment, diamond-shaped fins, strip-shaped fins, or the like can be formed.

次に、本実施形態のヒートシンク付き絶縁回路基板1の製造方法について説明する。
その製造方法は、セラミックス基板11に回路層12及び金属層13を接合して絶縁回路基板10を形成する絶縁回路基板形成工程と、絶縁回路基板10にヒートシンク20を接合するヒートシンク接合工程と、からなる。以下、この工程順に説明する。
Next, a method for manufacturing the insulating circuit board 1 with a heat sink according to this embodiment will be described.
The manufacturing method includes an insulating circuit board forming step of joining the circuit layer 12 and the metal layer 13 to the ceramic substrate 11 to form the insulating circuit board 10, and a heat sink joining step of joining the heat sink 20 to the insulating circuit board 10. Become. The order of steps will be described below.

(絶縁回路基板形成工程)
第1回路層121、セラミックス基板11、金属層13を、それぞれAl-Si系ろう材箔を介して積層し、その積層体を積層方向に加圧した状態で加熱した後、冷却することにより、セラミックス基板11の一方の面11aに第1回路層121、他方の面11bに金属層13が接合される。ろう材箔は加熱により溶融し、回路層12や金属層13中に拡散して、これらをセラミックス基板11と強固に接合する。
このときの接合条件は、必ずしも限定されるものではないが、真空雰囲気中で、積層方向の加圧力が0.3MPa~1.5MPaで、630℃以上655℃以下の加熱温度に20分以上120分以下保持するのが好適である。また、Al-Si系ろう材箔は、厚さ5μm~15μmであるとよい。さらに、Al-Si系ろう材の他、Al-Ge系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Mn系、又はAl-Si-Mg系ろう材や、これらのクラッド材などを用いることもできる。
(Insulated circuit board forming process)
The first circuit layer 121, the ceramic substrate 11, and the metal layer 13 are laminated with Al—Si brazing filler metal foil interposed therebetween, and the laminate is heated while being pressed in the lamination direction, and then cooled. A first circuit layer 121 is bonded to one surface 11a of the ceramic substrate 11, and a metal layer 13 is bonded to the other surface 11b. The brazing filler metal foil is melted by heating and diffused into the circuit layer 12 and the metal layer 13 to firmly join them to the ceramic substrate 11 .
The bonding conditions at this time are not necessarily limited. A minute or less is preferred. Also, the Al--Si based brazing filler metal foil should preferably have a thickness of 5 μm to 15 μm. Furthermore, in addition to Al-Si-based brazing materials, Al-Ge-based, Al-Cu-based, Al-Mg-based, Al-Mn-based, or Al-Si-Mg-based brazing materials, clad materials thereof, etc. can be used. can also

そして、第1回路層121上にAl-Si系ろう材箔を介して第2回路層122を配置し、積層方向に加圧した状態で加熱することにより、第1回路層121と第2回路層122とを接合する。この積層方向の加圧力は、0.1MPa~0.5MPaで、590℃以上615℃以下の加熱温度に3分以上20分以下保持するのが好適である。
これにより、セラミックス基板11の両面に回路層12及び金属層13が接合された絶縁回路基板10が形成される。
Then, the second circuit layer 122 is placed on the first circuit layer 121 via an Al--Si brazing filler metal foil, and the first circuit layer 121 and the second circuit are separated by heating while being pressed in the stacking direction. and layer 122 . The pressure in the stacking direction is preferably 0.1 MPa to 0.5 MPa, and the heating temperature is maintained at 590° C. or higher and 615° C. or lower for 3 minutes or longer and 20 minutes or shorter.
As a result, the insulating circuit board 10 in which the circuit layer 12 and the metal layer 13 are bonded to both surfaces of the ceramic substrate 11 is formed.

(ヒートシンク接合工程)
図3(a)に示すように、絶縁回路基板10の金属層13の下面と、ヒートシンク20の収容凹部21の底面22との間にAl-Si系ろう材箔14介在させ、図3(b)に示すように、加圧板61A,61Bと、グラファイトシート64及びカーボンフェルト65を備える支持体62とにより積層方向に加圧した状態で加熱することにより、金属層13とヒートシンク20とを接合する。
(Heat-sink bonding process)
As shown in FIG. 3(a), an Al--Si brazing filler metal foil 14 is interposed between the lower surface of the metal layer 13 of the insulating circuit board 10 and the bottom surface 22 of the housing recess 21 of the heat sink 20, and as shown in FIG. ), the metal layer 13 and the heat sink 20 are bonded by heating while being pressed in the stacking direction by the pressure plates 61A and 61B and the support 62 comprising the graphite sheet 64 and the carbon felt 65. .

(加圧板の構成)
加圧板61A,61Bのそれぞれは、図3(b)に示すように、絶縁回路基板10に形成された回路層12を構成する小回路層のそれぞれに対向して配置され、回路層12を押圧する。このような加圧板61A,61Bのそれぞれは、例えば、角柱状のステンレス鋼材の表面にカーボン板が積層されたものである。
なお、図3(b)の例では、加圧板61A,61Bの2つの加圧板により回路層12を押圧することとしたが、これに限らず、上記小回路層が3つ以上である場合には、3つ以上の加圧板により押圧してもよいし、全ての小回路層をまとめて押圧可能な大きさの1つの加圧板により押圧してもよい。
(Structure of pressure plate)
As shown in FIG. 3B, the pressing plates 61A and 61B are arranged to face each of the small circuit layers constituting the circuit layer 12 formed on the insulating circuit board 10, and press the circuit layer 12. do. Each of the pressure plates 61A and 61B is, for example, a carbon plate laminated on the surface of a prismatic stainless steel material.
In the example of FIG. 3B, two pressure plates 61A and 61B are used to press the circuit layer 12. However, the present invention is not limited to this. may be pressed by three or more pressure plates, or may be pressed by a single pressure plate having a size capable of collectively pressing all the small circuit layers.

(支持板の構成)
支持体62は、ステンレス鋼材からなる支持板63と、支持板63の上面に固定されたグラファイトシート64及びカーボンフェルト65と、を備えている。カーボンフェルト65は、炭素繊維からなるフェルトであり、支持板63の中央に配置される略矩形板状の部材である。このカーボンフェルト65の周囲には、グラファイトシート64が配置されている。
グラファイトシート64は、第1領域Ar1に位置するピン状フィン25に対向して配置され、カーボンフェルト65は、第2領域Ar1に位置するピン状フィン25に対向して配置される。具体的には、グラファイトシート64における第2領域Ar2に対応する位置が該第2領域Ar2と同形状に切り欠かれており、該切欠き部651内にカーボンフェルト65が嵌め込まれている。すなわち、グラファイトシート64は、平面視において図2に示す第1領域Ar1と同形状に形成され、カーボンフェルト65は、平面視において図2に示す第2領域Ar2と同形状に形成されている。
(Structure of support plate)
The support 62 includes a support plate 63 made of stainless steel, and a graphite sheet 64 and carbon felt 65 fixed to the upper surface of the support plate 63 . The carbon felt 65 is made of carbon fiber and is a substantially rectangular plate-like member arranged in the center of the support plate 63 . A graphite sheet 64 is arranged around the carbon felt 65 .
The graphite sheet 64 is arranged to face the pin-shaped fins 25 located in the first region Ar1, and the carbon felt 65 is arranged to face the pin-shaped fins 25 located in the second region Ar1. Specifically, a position corresponding to the second region Ar2 in the graphite sheet 64 is notched in the same shape as the second region Ar2, and the carbon felt 65 is fitted in the notch 651 . That is, the graphite sheet 64 is formed in the same shape as the first region Ar1 shown in FIG. 2 in plan view, and the carbon felt 65 is formed in the same shape as the second region Ar2 shown in FIG. 2 in plan view.

また、第1領域Ar1のピン状フィン25は、第2領域Ar2のピン状フィン25に比べて長いため、グラファイトシート64の表面に対してカーボンフェルト65の表面の高さが0.05mm以上1.0mm以下大きく形成される。例えば、グラファイトシート64の厚さは、1.0mmに設定され、カーボンフェルト65の厚さは、2.0mmに設定され、グラファイトシート64の表面に対してカーボンフェルト65の表面の高さが1.0mm高く設定される。
なお、グラファイトシート64の厚さ及びカーボンフェルト65の厚さは、これに限らず、各領域Ar1,Ar2のピン状フィン25の高さ差に応じて適宜変更可能であり、カーボンフェルト65の厚さがグラファイトシート64の厚さよりも大きければよい。
Further, since the pin-shaped fins 25 in the first region Ar1 are longer than the pin-shaped fins 25 in the second region Ar2, the height of the surface of the carbon felt 65 with respect to the surface of the graphite sheet 64 is 0.05 mm or more. 0 mm or less. For example, the thickness of the graphite sheet 64 is set to 1.0 mm, the thickness of the carbon felt 65 is set to 2.0 mm, and the height of the surface of the carbon felt 65 with respect to the surface of the graphite sheet 64 is 1 mm. .0 mm higher.
Note that the thickness of the graphite sheet 64 and the thickness of the carbon felt 65 are not limited to this, and can be changed as appropriate according to the height difference of the pin-shaped fins 25 in the regions Ar1 and Ar2. thickness is greater than the thickness of the graphite sheet 64 .

また、これらグラファイトシート64及びカーボンフェルト65のそれぞれは、クッション性に優れている。例えば、グラファイトシート64は、圧縮率47%、復元率15%、応力緩和率1.0%であり、カーボンフェルト65は、圧縮率55%、復元率70%、応力緩和率2.0%である。すなわち、カーボンフェルト65は、グラファイトシート64に比べてクッション性が高い素材であり、このカーボンフェルト65により第2領域Ar2のピン状フィン25を押圧し、グラファイトシート64により第1領域Ar1を押圧することで、第1領域Ar1及び第2領域Ar2のそれぞれにかかる押圧力を略均等にしている。 Further, each of the graphite sheet 64 and the carbon felt 65 has excellent cushioning properties. For example, the graphite sheet 64 has a compression rate of 47%, a recovery rate of 15%, and a stress relaxation rate of 1.0%, and the carbon felt 65 has a compression rate of 55%, a recovery rate of 70%, and a stress relaxation rate of 2.0%. be. That is, the carbon felt 65 is a material having a higher cushioning property than the graphite sheet 64. The carbon felt 65 presses the pin-shaped fins 25 of the second region Ar2, and the graphite sheet 64 presses the first region Ar1. As a result, the pressing force applied to each of the first area Ar1 and the second area Ar2 is substantially uniform.

このような加圧板61A,61B及び支持体62により絶縁回路基板10及びヒートシンク20を挟持して積層方向に加圧することにより、絶縁回路基板10にヒートシンク20が接合される。すなわち、一方の面22bに複数のフィン25を有するヒートシンク20の他方の面側(収容凹部21の底面22)に接合部を介して絶縁回路基板10が配置(固定)される。
なお、この積層方向の加圧力は、0.1MPa~0.5MPaで、590℃以上615℃以下の加熱温度に3分以上20分以下保持するのが好適である。また、Al-Si系ろう材箔は、厚さ5μm~15μmであるとよい。さらに、Al-Si系ろう材の他、Al-Ge系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Mn系、又はAl-Si-Mg系ろう材や、これらのクラッド材を用いることもできる。
The heat sink 20 is bonded to the insulating circuit board 10 by sandwiching the insulating circuit board 10 and the heat sink 20 between the pressure plates 61A and 61B and the supporting member 62 and pressing them in the stacking direction. That is, the insulating circuit board 10 is arranged (fixed) via a joint portion on the other surface side (the bottom surface 22 of the housing recess 21) of the heat sink 20 having a plurality of fins 25 on one surface 22b.
The pressure in the stacking direction is preferably 0.1 MPa to 0.5 MPa, and the heating temperature is maintained at 590° C. or higher and 615° C. or lower for 3 minutes or longer and 20 minutes or shorter. Also, the Al--Si based brazing filler metal foil should preferably have a thickness of 5 μm to 15 μm. Further, in addition to the Al-Si brazing material, Al-Ge, Al-Cu, Al-Mg, Al-Mn, or Al-Si-Mg brazing materials, and clad materials thereof may also be used. can.

このような各種工程を経たヒートシンク付き絶縁回路基板1は、絶縁回路基板10とヒートシンク20との接合率が95%以上、回路層12の面積をAとし、回路層12の反り量をZとし、回路層12の接合面側に凹状の変形を正の反り量とした場合に、AとZの比率Z/Aが0μm/cm以上10μm/cm以下の範囲内となる。
このため、ヒートシンク付き絶縁回路基板1の回路層上にチップなどの電子部品を固定する際のはんだ付け時におけるボイドの発生等を抑制できる。
また、セラミックス基板11の両面に接合される第1回路層121及び金属層13を純アルミニウムにより構成し、ヒートシンク20と第2回路層122とをアルミニウム合金により構成することで、セラミックス基板11の両側の構成材間をバランスさせることができ、反りを軽減できる。
The insulating circuit board 1 with a heat sink that has undergone various processes as described above has a bonding rate of 95% or more between the insulating circuit board 10 and the heat sink 20. Let A be the area of the circuit layer 12, and Z be the amount of warpage of the circuit layer 12. When the concave deformation on the bonding surface side of the circuit layer 12 is defined as a positive amount of warp, the ratio Z/A between A and Z is within the range of 0 μm/cm 2 or more and 10 μm/cm 2 or less.
Therefore, it is possible to suppress the generation of voids and the like during soldering when electronic components such as chips are fixed on the circuit layer of the insulating circuit board 1 with a heat sink.
In addition, by forming the first circuit layer 121 and the metal layer 13 bonded to both surfaces of the ceramic substrate 11 from pure aluminum, and forming the heat sink 20 and the second circuit layer 122 from an aluminum alloy, both sides of the ceramic substrate 11 are It is possible to balance the constituent materials of and reduce warpage.

ここで、ピン状フィン25の高さが大きい第1領域Ar1と、該第1領域Ar1よりもピン状フィン25の高さが小さい第2領域Ar2とを備えるヒートシンク20の各ピン状フィン25を1枚のグラファイトシートで押圧すると、該グラファイトシートが第2領域Ar2の各ピン状フィン25に当接しないか、若しくは当接しても押圧力が弱くなる。このため、ヒートシンク20の第2領域Ar2に対応する部分と絶縁回路基板10との接合率が低下する。
これに対し、本実施形態の製造方法によれば、絶縁回路基板10の金属層13とヒートシンク20とを接合する際に、第1領域Ar1におけるピン状フィン25の先端にグラファイトシート64を当接させ、第2領域Ar2におけるピン状フィン25の先端にグラファイトシート64よりも高さが大きくかつクッション性が高いカーボンフェルト65を当接させた状態で、絶縁回路基板10及びヒートシンク20を押圧するので、第1領域Ar1及び第2領域Ar2に均等に押圧力を作用させることができ、絶縁回路基板10の金属層13とヒートシンク20とを確実に接合して、これらの接合率を向上できる。
Here, each pin-shaped fin 25 of the heat sink 20 having a first region Ar1 in which the height of the pin-shaped fin 25 is large and a second region Ar2 in which the height of the pin-shaped fin 25 is smaller than that of the first region Ar1 is When pressed with one graphite sheet, the graphite sheet does not come into contact with the pin-shaped fins 25 of the second region Ar2, or even if it comes into contact, the pressing force becomes weak. Therefore, the bonding rate between the portion of the heat sink 20 corresponding to the second region Ar2 and the insulating circuit board 10 is lowered.
In contrast, according to the manufacturing method of the present embodiment, when the metal layer 13 of the insulating circuit board 10 and the heat sink 20 are joined, the graphite sheet 64 is brought into contact with the tips of the pin-shaped fins 25 in the first region Ar1. The insulating circuit board 10 and the heat sink 20 are pressed in a state in which the carbon felt 65, which is taller than the graphite sheet 64 and has high cushioning properties, is brought into contact with the tips of the pin-shaped fins 25 in the second region Ar2. , the pressing force can be applied evenly to the first area Ar1 and the second area Ar2, and the metal layer 13 of the insulated circuit board 10 and the heat sink 20 can be reliably bonded to improve the bonding rate.

また、支持体62(支持板63)の上面における外周部にグラファイトシート64を配置し、中央部にカーボンフェルト65を配置するだけで、絶縁回路基板10の金属層13とヒートシンク20とをより確実に接合できる。この場合、カーボンフェルト65がグラファイトシート64に形成された切欠き部651に嵌め込まれていることから、第1領域Ar1をグラファイトシート64のみで押圧し、かつ、第2領域Ar2をカーボンフェルト65のみで押圧できるので、絶縁回路基板10の金属層13とヒートシンク20とをさらに確実に接合できる。
さらに、セラミックス基板11に回路層12及び金属層13が接合された絶縁回路基板10にヒートシンク20を接合するだけで、ヒートシンク付き絶縁回路基板1を製造できるので、例えばこれらを同時に接合する場合に比べて、これらの接合位置がずれることを抑制でき、ヒートシンク付き絶縁回路基板1の信頼性を高めることができる。
Further, the metal layer 13 of the insulated circuit board 10 and the heat sink 20 can be securely attached to the metal layer 13 of the insulated circuit board 10 simply by arranging the graphite sheet 64 on the outer peripheral portion of the upper surface of the support 62 (support plate 63) and arranging the carbon felt 65 on the central portion. can be joined to In this case, since the carbon felt 65 is fitted in the notch 651 formed in the graphite sheet 64, the first region Ar1 is pressed only by the graphite sheet 64, and the second region Ar2 is pressed only by the carbon felt 65. , the metal layer 13 of the insulated circuit board 10 and the heat sink 20 can be bonded more reliably.
Furthermore, since the insulated circuit board 1 with a heat sink can be manufactured only by bonding the heat sink 20 to the insulated circuit board 10 in which the circuit layer 12 and the metal layer 13 are bonded to the ceramic substrate 11, for example, compared to the case of bonding these simultaneously Therefore, it is possible to suppress the displacement of these bonding positions and improve the reliability of the insulated circuit board 1 with a heat sink.

その他、細部構成は実施形態の構成のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、ヒートシンク接合工程において、絶縁回路基板10とヒートシンク20と、を接合することとしたが、これに限らない。例えば、セラミックス基板11に第1回路層121及び金属層13を接合した後、第1回路層121上にろう材箔を配置するとともに、金属層13とヒートシンク20との間にろう材箔を配置して、第2回路層122とヒートシンク20とを同時に接合することとしてもよい。
In addition, detailed configurations are not limited to those of the embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
For example, in the above embodiment, the insulating circuit board 10 and the heat sink 20 are joined in the heat sink joining process, but the invention is not limited to this. For example, after bonding the first circuit layer 121 and the metal layer 13 to the ceramic substrate 11, a brazing filler metal foil is placed on the first circuit layer 121 and between the metal layer 13 and the heat sink 20. Then, the second circuit layer 122 and the heat sink 20 may be bonded at the same time.

図4は、上記実施形態の変形例に係る絶縁回路基板10とヒートシンク20とを接合する際に用いられる支持体62Aを示す断面図である。
上記実施形態では、支持体62は、支持板63の上面に第2領域Ar2と同形状の切欠き部651を形成したグラファイトシート64の該切欠き部651にカーボンフェルト65を嵌め込んだ状態で固定することとしたが、これに限らない。
本変形例では、支持板63の上面に矩形板状のグラファイトシート64Aを固定し、該グラファイトシート64Aの上面にカーボンフェルト65Aを固定している。具体的には、このカーボンフェルト65Aは、上記実施形態の厚さの半分の厚さ(例えば、0.1mm)に設定され、グラファイトシート64Aの上面におけるヒートシンク20の第1領域Ar1に対向する位置に固定されている。
本変形例では、グラファイトシート64Aを1枚の矩形板状に形成でき、例えば、上記実施形態のように、中央に第2領域Ar2と同形状の空間を設ける必要がないことから、支持体62Aの構成を簡略化できる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a support 62A used when bonding the insulated circuit board 10 and the heat sink 20 according to the modification of the above embodiment.
In the above embodiment, the support member 62 is formed in a state in which the carbon felt 65 is fitted in the notch portion 651 of the graphite sheet 64 in which the notch portion 651 having the same shape as the second region Ar2 is formed on the upper surface of the support plate 63. Although it was decided to fix, it is not limited to this.
In this modification, a rectangular graphite sheet 64A is fixed on the upper surface of the support plate 63, and a carbon felt 65A is fixed on the upper surface of the graphite sheet 64A. Specifically, the carbon felt 65A is set to have a thickness (for example, 0.1 mm) that is half the thickness of the above embodiment, and is located on the upper surface of the graphite sheet 64A facing the first region Ar1 of the heat sink 20. is fixed to
In this modified example, the graphite sheet 64A can be formed in the shape of a single rectangular plate. For example, unlike the above-described embodiment, there is no need to provide a space having the same shape as the second region Ar2 in the center. configuration can be simplified.

絶縁回路基板として、窒化珪素(Si)により形成された平面視で70mm×70mm、厚さ0.32mmのセラミックス基板の一方の面に4Nアルミニウムからなる第1回路層、A6063系のアルミニウム合金からなる第2回路層、他方の面に4Nアルミからなる金属層を接合したものを用い、これに、中央部に平面視で72mm×72mm、深さ3.2mmの収容凹部が形成され、周壁部の外径が100mm×100mm、厚さ4mm、収容凹部の底面に対向する面に複数のピン状フィンが鍛造により形成され、第一領域の高さは8.0mm、第二領域の高さは7.95mmであるA6063系のアルミニウム合金からなるヒートシンクを接合した。
この絶縁回路基板とヒートシンクとの接合においては、絶縁回路基板の回路層(第2回路層)を上記実施形態と同じ加圧板で押圧し、ヒートシンクの複数のピン状フィンについては、ステンレス鋼材からなる支持体の上面に表1に示すクッション材が固定された支持板にて支持した。なお、加圧力及び温度等の条件は、上記実施形態と同じである。
As an insulating circuit board, a first circuit layer made of 4N aluminum, A6063 series aluminum, was formed on one surface of a ceramic substrate of silicon nitride (Si 3 N 4 ) having a size of 70 mm × 70 mm and a thickness of 0.32 mm in a plan view. A second circuit layer made of an alloy and a metal layer made of 4N aluminum bonded to the other surface are used, and in the central part, a recess of 72 mm × 72 mm in plan view and a depth of 3.2 mm is formed, The outer diameter of the peripheral wall portion is 100 mm × 100 mm, the thickness is 4 mm, a plurality of pin-shaped fins are formed by forging on the surface facing the bottom surface of the accommodation recess, the height of the first region is 8.0 mm, and the height of the second region is 8.0 mm. A heat sink made of A6063 series aluminum alloy with a thickness of 7.95 mm was joined.
In joining the insulating circuit board and the heat sink, the circuit layer (second circuit layer) of the insulating circuit board is pressed by the same pressure plate as in the above embodiment, and the plurality of pin-shaped fins of the heat sink are made of stainless steel. The support was supported by a support plate having a cushion material shown in Table 1 fixed on the upper surface of the support. Conditions such as pressure and temperature are the same as in the above embodiment.

この表1に示した手順にて接合されたヒートシンク付き絶縁回路基板について、絶縁回路基板の回路層の上面の反り量を算出するとともに、絶縁回路基板とヒートシンクとの接合率を評価した。 For the insulating circuit boards with heat sinks bonded by the procedure shown in Table 1, the amount of warpage of the upper surface of the circuit layer of the insulating circuit boards was calculated, and the bonding ratio between the insulating circuit boards and the heat sink was evaluated.

(回路層の上面における反り量)
上面の平面度は、回路層全面に対する4隅を基準面とし、島状に存在する回路層のそれぞれの4隅を3次元測定器により測定し、Z軸座標を測定した。そして、Z軸座標の最大値とZ軸座標の最小値の差を反り量Zとして算出した。なお、測定面積は、回路層の全面4隅を範囲とした総面積Aとした。これらから比率Z/Aを算出し、表1に記載した。
(Amount of warpage on the upper surface of the circuit layer)
The flatness of the upper surface was determined by measuring the four corners of the circuit layer in the shape of an island with a three-dimensional measuring instrument, using the four corners of the entire surface of the circuit layer as a reference plane, and measuring the Z-axis coordinates. Then, the difference between the maximum value of the Z-axis coordinates and the minimum value of the Z-axis coordinates was calculated as the amount of warpage Z. The measurement area was the total area A covering the four corners of the entire surface of the circuit layer. The ratio Z/A was calculated from these and listed in Table 1.

(接合率の評価)
接合率の評価は、超音波探傷装置(日立パワーソリューションズ社製FINESATを用いて、金属層とヒートシンクの界面を測定し、以下の式から算出した。ここで、接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち金属層の面積とした。超音波探傷像を二値化処理した画像において接合されていない領域は白色部で示されることから、この白色部の面積を非接合部面積とした。結果を表1に示す。
(接合率)(%)={(接合面積)-(非接合部面積)}/(接合面積)×100
なお、接合率95%以上を良「○」、95%未満を否「×」と評価した。
(Evaluation of bonding rate)
The bonding rate was evaluated by measuring the interface between the metal layer and the heat sink using an ultrasonic flaw detector (FINESAT manufactured by Hitachi Power Solutions Co., Ltd.) and calculating from the following formula. In the image obtained by binarizing the ultrasonic flaw detection image, the non-bonded area is shown in white, so the area of this white part was defined as the non-bonded area. Table 1 shows the results.
(Bonding rate) (%) = {(bonded area) - (non-bonded area)} / (bonded area) x 100
A bonding rate of 95% or more was evaluated as good, and a bonding rate of less than 95% was evaluated as bad.

Figure 0007119689000001
Figure 0007119689000001

表1から明らかなように、第1領域におけるピン状フィンの先端にグラファイトシートを当接させ、かつ第2領域におけるピン状フィンの先端にカーボンフェルトを当接させた状態で、絶縁回路基板及びヒートシンクを押圧した実施例1、2及び3では、回路層の反り量が小さく、接合率も高いヒートシンク付き絶縁回路基板が得られることが分かった。 As is clear from Table 1, in a state in which the tip of the pin-shaped fin in the first region is brought into contact with the graphite sheet and the tip of the pin-shaped fin in the second region is brought into contact with the carbon felt, the insulated circuit board and the In Examples 1, 2, and 3 in which the heat sink was pressed, it was found that an insulated circuit board with a heat sink having a small amount of warping of the circuit layer and a high bonding ratio was obtained.

一方、比較例1では、グラファイトシートにより第1領域及び第2領域におけるピン状フィンを押圧したことから、回路層の反り量及びZ/Aの値は最も小さかったものの、クッション性がカーボンフェルトよりも劣っているので、接合率の評価が否「×」であった。また、比較例2では、カーボンフェルトにより第1領域及び第2領域におけるピン状フィンを押圧したので、回路層の上面の反り量が1000μm、Z/Aが12.5μm/cmと大きくなり、接合率の評価は否「×」となった。 On the other hand, in Comparative Example 1, since the pin-shaped fins in the first region and the second region were pressed by the graphite sheet, although the amount of warpage and the Z/A value of the circuit layer were the smallest, the cushioning property was lower than that of the carbon felt. Also, the bonding rate was evaluated as "no""x". Further, in Comparative Example 2, since the pin-shaped fins in the first region and the second region were pressed by the carbon felt, the amount of warpage of the upper surface of the circuit layer was 1000 μm, and Z/A was 12.5 μm/cm 2 . The evaluation of the bonding rate was negative "x".

1 ヒートシンク付き絶縁回路基板
10 絶縁回路基板
11 セラミックス基板
12 回路層
121 第1回路層
122 第2回路層
13 金属層
14 ろう材箔
20 ヒートシンク
21 収容凹部
22 底面
22b 面
23 周壁部
25 ピン状フィン
30 素子
31 はんだ
61A 61B 加圧板
62 62A 支持体
63 支持板
64 64A グラファイトシート
65 カーボンフェルト
651 切欠き部
Reference Signs List 1 Insulated circuit board with heat sink 10 Insulated circuit board 11 Ceramic substrate 12 Circuit layer 121 First circuit layer 122 Second circuit layer 13 Metal layer 14 Brazing foil 20 Heat sink 21 Accommodating recess 22 Bottom surface 22b Surface 23 Peripheral wall 25 Pin-like fins 30 Element 31 Solder 61A 61B Pressure plate 62 62A Support 63 Support plate 64 64A Graphite sheet 65 Carbon felt 651 Notch

Claims (8)

セラミックス基板の一方の面に回路層が形成され、前記セラミックス基板の他方の面に金属層が形成された絶縁回路基板と、前記金属層の前記セラミックス基板とは反対側の面に配置され、一方の面に複数のフィンを有するヒートシンクとを備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、
前記ヒートシンクの他方の面と前記金属層とを接合するヒートシンク接合工程を備え、
前記ヒートシンクは、前記フィンの高さが大きい第1領域と、該第1領域よりも前記フィンの高さが小さい第2領域と、を有しており、
前記ヒートシンク接合工程では、前記第1領域における前記フィンの先端にグラファイトシートを当接させ、かつ前記第2領域における前記フィンの先端に前記グラファイトシートよりも少なくとも表面の高さが大きいカーボンフェルトを当接させた状態で、前記絶縁回路基板及び前記ヒートシンクを押圧することを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。
an insulating circuit board having a circuit layer formed on one surface of a ceramic substrate and a metal layer formed on the other surface of the ceramic substrate; A method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink, comprising a heat sink having a plurality of fins on the surface of the
A heat sink bonding step of bonding the other surface of the heat sink and the metal layer,
The heat sink has a first region in which the height of the fins is large and a second region in which the height of the fins is smaller than that of the first region,
In the heat sink bonding step, a graphite sheet is brought into contact with the tips of the fins in the first region, and carbon felt having a surface height at least greater than that of the graphite sheet is brought into contact with the tips of the fins in the second region. A method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink, wherein the insulated circuit board and the heat sink are pressed while they are in contact with each other.
前記第2領域は、前記一方の面の中央部に位置し、前記第1領域は、前記一方の面の外周部に位置していることを特徴とする請求項1に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。 2. The insulation circuit with a heat sink according to claim 1, wherein the second area is located in the central portion of the one surface, and the first area is located in the outer peripheral portion of the one surface. Substrate manufacturing method. 前記グラファイトシートにおける前記第2領域に対応する位置が切り欠かれており、切欠き部に前記カーボンフェルトが嵌め込まれていることを特徴とする請求項2に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。 3. The method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink according to claim 2, wherein the graphite sheet is cut at a position corresponding to the second region, and the carbon felt is fitted into the cutout. . 前記グラファイトシート上に前記カーボンフェルトが重ねて設けられていることを特徴とする請求項2に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。 3. The method of manufacturing an insulated circuit board with a heat sink according to claim 2, wherein the carbon felt is laid on the graphite sheet. 前記ヒートシンク接合工程は、前記セラミックス基板に前記回路層及び前記金属層が接合された前記絶縁回路基板を前記ヒートシンクに接合することを特徴とする請求項1又は2から4のいずれか一項に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。 5. The heat sink bonding step includes bonding the insulated circuit board, in which the circuit layer and the metal layer are bonded to the ceramic substrate, to the heat sink. A method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink according to claim 1. 前記グラファイトシートの表面に対して前記カーボンフェルトの表面の高さが0.05mm以上1.0mm以下大きいことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。 4. The insulating circuit board with a heat sink according to claim 1, wherein the surface of the carbon felt is higher than the surface of the graphite sheet by 0.05 mm or more and 1.0 mm or less. Production method. セラミックス基板の一方の面に回路層が形成され、前記セラミックス基板の他方の面に金属層が形成された絶縁回路基板と、前記金属層の前記セラミックス基板とは反対側の面に配置され、一方の面に複数のフィンを有するヒートシンクとを備えたヒートシンク付き絶縁回路基板であって、
前記ヒートシンクの他方の面側に接合部を介して前記絶縁回路基板が配置されており、
前記ヒートシンクは、前記フィンの高さが大きい第1領域と、該第1領域よりも前記フィンの高さが小さい第2領域とを備え、
前記絶縁回路基板と前記ヒートシンクとの接合率が95%以上、前記回路層の面積をAとし、前記回路層の反り量をZとし、前記回路層の接合面側に凹状の変形を正の反り量とした場合に、AとZの比率Z/Aが0μm/cm以上10μm/cm以下の範囲内であることを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板。
an insulating circuit board having a circuit layer formed on one surface of a ceramic substrate and a metal layer formed on the other surface of the ceramic substrate; An insulated circuit board with a heat sink, comprising a heat sink having a plurality of fins on the surface of the
The insulating circuit board is arranged on the other surface side of the heat sink via a joint,
The heat sink comprises a first region in which the height of the fins is large and a second region in which the height of the fins is smaller than that of the first region,
A bonding ratio between the insulating circuit board and the heat sink is 95% or more, the area of the circuit layer is A, the amount of warpage of the circuit layer is Z, and concave deformation on the bonding surface side of the circuit layer is positive warpage. An insulated circuit board with a heat sink, wherein the ratio Z/A between A and Z is in the range of 0 μm/cm 2 or more and 10 μm/cm 2 or less.
前記回路層は、前記セラミックス基板に形成された純アルミニウムからなる第1回路層と、前記第1回路層の上面に形成されたアルミニウム合金からなる第2回路層と、を備え、
前記金属層は、純アルミニウムで構成され、前記ヒートシンクは、アルミニウム合金で構成されていることを特徴とする請求項7に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板。
The circuit layer comprises a first circuit layer made of pure aluminum formed on the ceramic substrate, and a second circuit layer made of an aluminum alloy formed on the upper surface of the first circuit layer,
8. The insulated circuit board with a heat sink according to claim 7, wherein the metal layer is made of pure aluminum, and the heat sink is made of an aluminum alloy.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010171437A (en) 2008-03-17 2010-08-05 Mitsubishi Materials Corp Substrate for power module with heat sink, method for manufacturing the same, power module with heat sink, and substrate for power module
JP2012248576A (en) 2011-05-25 2012-12-13 Mitsubishi Shindoh Co Ltd Pin-like fin integrated-type heat sink
JP2015153925A (en) 2014-02-17 2015-08-24 三菱マテリアル株式会社 Method of manufacturing substrate for power module with heat sink
JP2016072563A (en) 2014-10-01 2016-05-09 三菱マテリアル株式会社 Manufacturing method of substrate for power module with heat sink
JP2018006649A (en) 2016-07-06 2018-01-11 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method of cooler

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010171437A (en) 2008-03-17 2010-08-05 Mitsubishi Materials Corp Substrate for power module with heat sink, method for manufacturing the same, power module with heat sink, and substrate for power module
US20110017496A1 (en) 2008-03-17 2011-01-27 Mitsubishi Materials Corporation Power module substrate having heatsink, method for manufacturing the same, power module having heatsink, and power module substrate
CN101971329A (en) 2008-03-17 2011-02-09 三菱综合材料株式会社 Substrate for power module with heat sink and method for producing the same, power module with heat sink, and substrate for power module
JP2012248576A (en) 2011-05-25 2012-12-13 Mitsubishi Shindoh Co Ltd Pin-like fin integrated-type heat sink
JP2015153925A (en) 2014-02-17 2015-08-24 三菱マテリアル株式会社 Method of manufacturing substrate for power module with heat sink
JP2016072563A (en) 2014-10-01 2016-05-09 三菱マテリアル株式会社 Manufacturing method of substrate for power module with heat sink
JP2018006649A (en) 2016-07-06 2018-01-11 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method of cooler

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